Общая характеристика отходов полиэтилентерефталата

Одноразовая упаковка, в том числе и бутылки из ПЭТФ, перевела проблему твердых бытовых отходов на новый уровень, их количество стало резко расти. Так как захоронить отходы становиться все дороже, потребность в использовании и переработке отходов будет возрастать. Растущая популярность полиэтилентерефталата при производстве бутылок, упаковки и волокна создает последующую задачу его утилизации. 

На самом деле, массовая доля пластиковых отходов в общем потоке мусора не так велика -5-8%, однако по объему она составляет значительную долю - 20-25%.

Переработка чистых, рассортированных по цвету ПЭТФ-бутылок не представляет особых проблем. Отходы ПЭТФ перерабатываются экструзией, литьем под давлением, можно получать волокно. ПЭТФ можно смешивать с песком, мелом, стекловолокном и другими наполнителями с получением долговечных строительных материалов. Возможно расщепление отходов ПЭТФ деструктирующими агентами - водой, щёлочью, метанолом, гликолем, гидразином - с получением исходного мономера или некоторых других веществ. Полученные мономеры снова могут использоваться в производстве. В конце концов, отходы ПЭТФ можно использовать как топливо. Это довольно эффективно, но небезопасно, поскольку ПЭТФ, по сравнению с другими полимерными материалами (за исключением ПВХ и его аналогов), при сжигании образует наибольшее количество токсичных дибензодиоксинов и дибензофуранов. Очевидно, что способов переработки отходов ПЭТФ очень много, но не все они в равной степени рациональны и экономически обоснованы.

В промышленности идет условное разделение на коммерческие и некоммерческие технологии (не приносящие прибыли). Очевидно, что некоммерческие технологии могут получить развитие только лишь при государственной поддержке. К сожалению, большинство разработанных технологий являются некоммерческими или они не доведены до коммерческого использования.

Вторичную переработку ПЭТФ можно разделить на три этапа:

1. Сбор ПЭТФ бутылок и сортировка отходов.
2. Производство чистых хлопьев ПЭТФ из бутылок (сюда же входит производство агломерата ПЭТФ).
3. Производство конечного продукта из хлопьев ПЭТФ (сюда же входит производство регранулята ПЭТФ).

Продукцией предприятий на первом этапе являются прессованные ПЭТФ бутылки. Продукцией предприятий на втором этапе являются хлопья ПЭТФ, упакованные в биг-бэги.

Физико-химические и механические свойства полиэтилентерефталата

Полиэтилентерефталат - твёрдое вещество белого цвета без запаха, плотность 1,38-1,40 г/см3 (20 °С), tпл. 255-265 °С, tpaзмягч. 245-248 ºC. Температура стеклования 70-80°С.

Полиэтилентерефталат не растворяется в воде и органических растворителях; сравнительно устойчив к действию разбавленных растворов кислот (например, 70%-ной H2SO4, 5%-ной HCl, 30%-ной CH3COOH), холодных растворов щелочей и отбеливающих агентов (например, гипохлорита натрия, перекиси водорода). При температурах выше 100 °C полиэтилентерефталат гидролизуется растворами щелочей, а при 200 °C - даже водой.

Полиэтилентерефталат характеризуется высокой прочностью, устойчивостью к истиранию и многократным деформациям при растяжении и изгибе, низкой гигроскопичностью (влагосодержание 0,4-0,5 при 20 °C и 60% -ной относительной влажности); диапазон рабочих температур от -60 до 170 °C. Полиэтилентерефталат - хороший диэлектрик (тангенс угла диэлектрических потерь при 1 Мгц 0,013-0,015); сравнительно устойчив к действию световых, рентгеновских, γ-лучей.

В процессе переработки ПЭТФ обладает низкой вязкостью расплава (средний показатель текучести расплава при + 280°С - 7,5 г/10мин). Перерабатывается экструзией, вакуум-формованием (термо-формованием), литьём под давлением, вытяжкой из расплава и т.д. Для защиты от деструкции (разложения, гидролиза) ПЭТФ перерабатывается в композиции с термостабилизаторами и другими компонентами. Материал подвержен гидролизу даже при атмосферной влаге при температуре выше точки плавления, поэтому перед пластикацией ПЭТФ необходимо сушить до уменьшения содержания влаги по крайней мере до 0,01 %. В процессе сушки, и переработки вторичный материал претерпевает некоторую потерю вязкости, что вызвано не только температурными и деформирующими воздействиями в процессе пластикации полимера, но и присутствием загрязнителей (влаги, клея, красителей и т. д.). Эти факторы приводят к снижению молекулярной массы полимера.

В промышленности ПЭТФ обычно получают двухстадийным способом: переэтерификацией диметилтерефталата (DMT) этиленгликолем с последующей поликонденсацией полученного на первой стадии процесса дигликольтерефталата (DGT). Однако в последнее время за рубежом широкое распространение получил одностадийный синтез ПЭТФ из этиленгликоля и терефталевой кислоты (TFK) по непрерывной схеме. И именно данный способ признается весьма перспективным. 

ПЭТФ существует в виде кристаллической и аморфной фаз. Аморфизация пластика во время производства изделий происходит путем резкого охлаждения расплава от температуры плавления (265°С) ниже температуры стеклования (73°С), при этом изделия получаются с очень высокой прозрачностью и глянцем (60-80%).

Необходимо отметить, что свойства ПЭТФ зависят от его структуры, т. е. кристаллической или аморфной, что влияет на качество его переработки.

Переработка ПЭТФ усложняется низкой скоростью его кристаллизации. Повышение скорости кристаллизации достигается:

• введением различных добавок (кристаллических термопластов, например полиэтилена или полипропилена) и т. п.
• использованием нагретых до высокой температуры пресс-форм;
• повышением продолжительности охлаждения изделий.

При быстром охлаждении расплава образуется прозрачная аморфная масса, сохраняющая, однако, способность кристаллизоваться. Этот процесс начинается при нагревании массы выше 80°С (температура стеклования ПЭТФ), при этом происходит ее деформирование и помутнение. С увеличением температуры скорость кристаллизации возрастает и достигает максимума при 170°С. Кристаллический полимер, имеющий более плотную упаковку молекул, имеет и большую плотность. Известно, что полностью аморфный ПЭТФ имеет плотность 1,335 г/см3, а полностью кристаллический — 1,455 г/см3.

Кристаллический ПЭТФ напоминает по цвету фарфор, а быстро охлажденный аморфный — стеклообразный. Насыпная плотность гранул ПЭТФ – 820-880 кг/м3, агломерата – 350 кг/м3, хлопьев – 260-280 кг/м3.

Применение полиэтилентерефталата

Впервые полученный в 1940-е годы, ПЭТФ первоначально предназначался для производства волокон, но уже в 1960-е годы начал использоваться для производства пленки. Волокна из полиэтилентерефталата выпускаются под торговым названием "полиэстер", ткани – под названием "флис", пленка - под торговым названием "лавсан". Первые литьевые материалы на основе ПЭТФ появились на мировом рынке в конце 60-х годов, и пионером в этом деле является фирма "Du-Pont", США. В 1977 году компания Pepsi начала выпуск своих напитков в бутылках из ПЭТФ. 

Развитие технологии выдувки из преформ, стойкость к ударным нагрузкам, свобода в выборе дизайна и относительно низкая стоимость привели к тому, что бутылки - одно из самых значительных направлений использования полиэтилентерефталата. ПЭТФ используется для производства бутылок для газированных напитков, минеральной воды, соков, пива, растительных масел, майонеза, косметики, бытовых очистителей и других пищевых и не пищевых ёмкостей.

Пленки ПЭТФ широко используются в производстве фотографических и рентгеновских пленок, магнитных материалов (дискет, магнитофонных лент), а также в качестве изоляции при производстве радиодеталей. Листы ПЭТФ используются для производства корексов и прочих изделий путем вакуум-формования.

В нашей стране материал, обладающий литьевыми свойствами, на основе ПЭТФ появился в начале 80-х годов. Это ПЭТФ, модифицированный полиэтиленом высокого давления (ПЭТФ-КМ), выпускаемый Владимирским химическим заводом по ТУ 6-05-1984-85.
Технические требования, предъявляемые к отечественному ПЭТФ, определяются ГОСТом 51695-2000 "Полиэтилентерефталат. Общие технические условия".

Влияние отходов ПЭТФ на окружающую среду

Емкости из ПЭТФ занимают значительный объем при малом весе, что поставило их в зону пристального внимания.

Полиэтилентерефталат в природных условиях достаточно инертный материал. Изделия из ПЭТФ не содержат вредных компонентов, которые могли бы заражать подземные воды, они не разлагаются с выделением токсичных веществ. Закопанный мусор, как отмечает профессор археологии доктор Уильям Ратдж, включая некоторые пищевые продукты и бумагу, остается фактически неизменным в течение десятилетий. Разрушение происходит в основном под действием солнечной радиации без образования токсичных веществ (происходит окисление до низкомолекулярных соединений). Отходы полиэтилентерефталата имеют код ФККО: 5710390001005 и относятся к V классу опасности для окружающей среды (практически неопасные). По "Европейскому классификатору отходов" отходам ПЭТФ соответствует код: 20 01 39 plastics. По ГОСТ 30775-2001 "Классификация, идентификация и кодирование отходов" код отходов ПЭТФ: 798 20 1 3.

Основная нагрузка на окружающую среду выражается в использовании земельных площадей под свалки и захламлении территорий.